HDI-Layout-Richtlinien

High Density Interconnect (HDI) kann als Innovation herkömmlicher Leiterplatten (PCB) angesehen werden. Der Grund dafür ist, dass HDI viele Systeme mit hohen Komponentenzahlen und Nettozahlen ausstattet. Zu den Anwendungen von HDI gehören Smartphones, leistungsstarke Computer, Netzwerkgeräte, Luft- und Raumfahrt usw. Um den Zweck zu erreichen, mehr Komponenten auf eine kleine Platine zu packen, müssen Designer die folgenden Herausforderungen bewältigen:

  • Der begrenzte Arbeitsbereich des Boards
  • So erreichen Sie kleinere Bauteil-Footprints
  • Die dichten Abstände zwischen Komponenten und anderen physikalischen Merkmalen
  • Die durch längere Leiterbahnen verursachte erhöhte Signallaufzeit
  • Mehr Trace-Routen
  • Mehr Komponenten auf beiden Seiten der Platine

Komponenten-Footprints beziehen sich auf Muster auf dem PCB-Layout die die Position der Komponenten angibt, die während der Montage gelötet werden. Konstrukteure versuchen, den Footprint der Komponenten kleiner zu machen um den belegten Platz zu reduzieren. Nach IPC-7351 werden Fußabdrücke im Allgemeinen in drei Kategorien eingeteilt:

  • Dichtestufe A: Es ist für Produkte mit geringer Dichte geeignet und nimmt mehr Plattenfläche ein als die anderen beiden
  • Dichtestufe B: Geeignet für Produkte mit mittlerer Komponentendichte
  • Dichtestufe C: ist für HDI und nimmt weniger Platz ein als die anderen beiden

Der HDI mit kleinem Fußabdruck

Abbildung 1: Der HDI mit kleinem Footprint

Für ein HDI-Layout enthalten Designer im Allgemeinen die folgenden Funktionen, um Fine-Pitch-Komponenten aufzunehmen:

  • Mikrovias
  • Dünnere Spuren
  • Höhere Schichtanzahl
  • Niedrigere Signalpegel

Gemäß den Designanforderungen von HDI können die mechanisch oder lasergebohrten Microvias entweder versetzt oder gestapelt werden. Diese verschiedenen Via-Konfigurationen sind hauptsächlich für Ball Grid Array (BGA)-Komponenten mit unterschiedlichen Abständen vorgesehen. Darüber hinaus bestimmt die Auswahl der Vias die Dauer, die Schritte und die Kosten des Prozesses. Dünnere Leiterbahnen ermöglichen eine höhere Leiterbahndichte, um eine Verbindung zwischen Durchkontaktierungen und jeder Schicht herzustellen. Im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplatten kann die Anzahl der HDI-Schichten 30 oder sogar mehr Schichten erreichen. Um ESD durch die hohe Feldstärke zwischen benachbarten Leitungen und den übermäßigen Temperaturanstieg in Leitern zu vermeiden, der HDI wird nicht für Hochspannung oder Hochstrom verwendet. Alles in allem müssen bei der Optimierung von Kosten und Fertigung all diese Merkmale berücksichtigt werden.

Microvias im HDI-Layout

Abbildung 2: Microvias im HDI-Layout

Im HDI-Layoutdesignprozess ist die Komponentenauswahl zeitaufwändig, da die auf der Platine montierten Komponenten die Leiterbahnbreite, die Leiterbahnanforderungen, die Bohrgröße und den Aufbau bestimmen. Die Optimierung zwischen der begrenzt verfügbaren Fläche auf dem HDI und der Anzahl der Schichten bietet die ideale Komponentengröße, da die kleinere nutzbare Fläche die Größe der Komponenten-Footprints begrenzt und Fine-Pitch-Komponenten mehr Schichten für das Routing erfordern. Wenn die Platzierung von Komponenten falsch ist, beeinträchtigt dies den Betrieb und die Effizienz der Platine. Zwischen den benachbarten Pins oder Pads sollten keine EMI und keine parasitäre Kapazität oder Induktivität auftreten. Daher, bevor Sie die Komponenten auf der Leiterplatte platzieren, muss die Möglichkeit einer Verbesserung der Signalintegrität entsprechend untersucht werden. Außerdem wirkt sich die Bauteilplatzierung auch auf die Durchkontaktierungen aus. Wenn die Positionen der Durchkontaktierungen nicht symmetrisch sind, wird daher die gesamte Leiterplatte ungleichmäßigen Kräften ausgesetzt, die sogar die Festigkeit der Leiterplatte beeinträchtigen können. Die folgenden vier Faktoren bestimmen die Auswahl der HDI-Komponenten:

  • Verfügbarkeit
  • Rückverfolgbarkeit
  • Leistung
  • Verpackt oder Landmuster

SMD-Packages mit kleinen Footprints sind eine Option für Widerstände und Kondensatoren in HDI. Aber Komponenten wie Transformatoren, Quarzkristallresonatoren, Keramikresonatoren, Filter usw. sind in diesen extrem kleinen Gehäuseformen nicht verfügbar. BGA-Pakete sind eine weitere Option für HDI. Pins befinden sich unterhalb der Oberfläche der Bauteile, der Platzbedarf dieser Bauteile wird reduziert.

SMD-Gehäuse in HDI

Abbildung 3: SMD-Packages in HDI

BGA-Pakete in HDI

Abbildung 4: BGA-Pakete in HDI

 

Wenn Sie Fragen oder Projekte zu PCB haben, kontaktieren Sie uns bitte:

 

Referenz:

https://www.protoexpress.com/blog/choosing-smaller-footprints-hdi-design/

https://resources.altium.com/p/how-to-pack-more-complexity-into-a-smaller-footprint-using-hdi

https://www.nwengineeringllc.com/article/hdi-layout-guidelines-for-your-next-pcb.php